男性后尿道狭窄数字化三维重建的初步研究

　　作者：张海燕,王捷,张小明,周烨,赵华福　　作者单位：510010 广州市，广州军区广州总医院医学实验科，泌尿外科

　　【摘要】目的 探讨基于CT扫描图像建立的精确后尿道狭窄数字化模型，在临床诊断及治疗中的应用。方法 选择1例后尿道狭窄病例，进行尿道CT连续断层扫描，扫描结果导入Mimics软件中进行三维重建，利用三维重建模型指导临床。结果 建立后尿道狭窄及周围结构的三维立体模型，可以方便地从任意角度和方向观察后尿道狭窄情况，测量有关的数据;还可以在数字化模型上进行手术设计。结论 后尿道狭窄的数字化三维模型能够更直观、准确地反映病变部位的三维立体结构。对男性后尿道狭窄的诊断、手术规划等有较大帮助。

　　【关键词】 尿道狭窄 体层摄影术，螺旋计算机 成像，三维 男性

　　A primary study on the reconstruction of a digital threedimensional model of male posterior urethral stricture based on CT data

　　ZHANG Haiyan， WANG Jie，ZHANG Xiaoming，et al.

　　Department of Medical Research，General Hospital of Guangzhou Command of PLA， Guangzhou 510010，China

　　【Abstract】 Objective To investigate an accurate digital model of posterior urethral stricture and its clinical application.Methods 1 patient with posterior urethral stricture was chosen to scan urethra by CT before operation.Three dimensional digital reconstruction based on these crosssection images of CT were made with Mimics software and used to instruct operation procedures.Results The established threedimensional digital model could clearly observe the posterior urethral stricture.Using the digital models， we could analyze the posterior urethral stricture from any angle or any orientation，and could design the surgery procedure before operation.Conclusion The digital threedimensional model can reflect the detailed information of the abnormal region exactly and directly， which is helpful for the diagnosis and treatment of male posterior urethral stricture.

　　【Key words】 posterior urethral stricture;tomography，spiral computer;imaging，threedimensional;male

　　男性后尿道狭窄是泌尿外科的常见病，处理棘手。既往尿道狭窄的诊断，常根据尿道膀胱造影(排泄性或逆行造影)。采用尿道探子、膀胱镜或输尿管镜也仅能做出初步诊断。而器械的应用有发生穿破尿道壁或形成假道的风险，行膀胱尿道造影也只能获取某一截面的解剖信息，因此在术前获得尿道狭窄的三维立体资料对临床的诊断和治疗有重要意义。本文采用64排CT断层数据集建立男性后尿道狭窄的三维图像，探讨后尿道狭窄的数字化三维重建过程及临床应用。

　　1 资料与方法

　　1.1 一般资料 患者，男，20岁，车祸伤致骨盆骨折后尿道断裂，骨盆骨折已行钢板固定。排尿困难，已行耻骨上膀胱造瘘。

　　1.2 材料与设备

　　DICOM格式CT扫描断层数据。64排螺旋CT(SOMATOM Definition，西门子，德国)。造影剂：泛影葡胺。计算机硬件：英特尔(R)双核处理器，2 G内存，250 G硬盘，265 M显存，19寸液晶显示器;计算机环境：Windows XP Professional操作系统。医学3D图像编辑处理软件Mimics 10.0软件(Materialise Software，Belgium)。

　　1.3 扫描方法

　　CT扫描前从膀胱造瘘管注入造影剂200～300 ml，再在前尿道舟状窝留置尿管，缓慢滴入造影剂，数分钟后嘱患者用力排尿。采用64排螺旋CT扫描。扫描范围从膀胱上缘至尿道外口远侧1 cm，数据以DICOM格式直接存储。

　　1.4 建立后尿道狭窄及其周围结构数字模型

　　Mimics软件读入DICOM格式的CT断层图像，软件自动设定CT原始扫描参数，以MCS文件格式保存。根据数据集分别重建骨骼、膀胱及尿道三维模型，以STL格式导出进行三维模型立体配对。

　　1.4.1 骨性结构数字模型的建立：根据傅栋等[1，2]的方法建立骨性结构数字模型，界定骨组织阈值在226～3 071亨氏单位。Mimics软件自动形成各层面骨组织表面轮廓线，图像经编辑处理，去除无关边缘杂点和冗余数据，经区域增长3D计算建立骨盆及股骨骨骼结构的三维数字模型。

　　1.4.2 膀胱及尿道数字模型的建立：用高密度造影剂使膀胱及尿道显影(排泄性和逆行尿道造影)，界定阈值在471～3 071亨氏单位。经区域增长3D计算建立三维模型。用Mimics软件二维、三维修改工具及布尔计算分割出不含骨骼结构的膀胱及尿道三维模型。

　　2 结果

　　成功建立了男性后尿道狭窄及其周围结构的三维数字模型(图1～5)，通过对3D模型进行旋转、平移及缩放等操作，结合观察轴状位、冠状位和矢状位二维图像，可以从不同的角度和方向观察后尿道狭窄的情况及测量有关的数据，如尿道闭锁长度(0.8 cm)，与肛周及会阴部的位置(位于尿道膜部)及后尿道其他段稍扩张及膀胱无憩室，膀胱颈开放。临床医生据此检查行经会阴后尿道狭窄段切除端端吻合术，术后排尿通畅。

　　3 讨论

　　男性后尿道狭窄的临床处理一直是难点，其中术前准确的诊断对于制定手术方案，有非常重要的意义。Chou等[3]2005年首次报道采用16排CT对尿道病变进行三维重建，但由于CT机仅16排，图像不是很清晰，只作了初步报告。也有学者采用核磁共振显示男性后尿道狭窄及其周围结构[4，5]，而本文病例因骨盆严重骨折已植入钢板，不适合进行核磁共振检查。近年来将多排螺旋CT获取的断层图像进行三维重建和显示，成为国际医学影像学和医学形态学研究的热点之一，三维重建技术在医学诊断及研究领域的应用日益增多，目前在骨科和整形外科应用较为广泛。

　　我们利用64排螺旋CT扫描数据，将后尿道狭窄二维的图像重建成三维图像，针对泌尿外科的难题后尿道狭窄，在术前进行深入检查，为临床医生制定手术方案及治疗措施时提供依据。此外，重建的三维模型使术者在术前对后尿道狭窄的情况有充分的认识并做好手术预案，术中轻松应对，对狭窄和扩张进行恰当的处理，减少术后复发[6，7]。

　　总之，术前进行相关结构的三维重建对于术中选择最佳手术路径、减小手术损伤、减少对临近组织损害、提高定位精度、执行复杂外科手术和提高手术成功率等具有十分重要的意义。随着计算机和医学技术手段的不断进步，医用三维图像可视化重建软件的进一步研究和开发，将使该先进技术在临床应用中发挥更大的作用，并成为外科医师不可缺少的辅助工具[8]。后尿道狭窄的数字化三维重建及其临床的应用需积累更多的资料与经验，有待进一步研究。

　　【参考文献】

　　1 傅栋，靳安民.CT断层图像快速构建人体骨骼有限元几何模型的方法.中国组织工程研究与临床康复，2007，11：16201623.

　　2 王沫楠，孙立宁.基于CT图像的组织建模与仿真方法.哈尔滨工业大学学报，2008，40：10711075.

　　3 Chou CP，Huang JS，Wu MT，et al.CT voiding urethrography and virtual urethroscopy：preliminary study with 16-MDCT.AJR Am J Roentgenol，2005，184：18821888.

　　4 Kawashima A，Sandler CM，Wasserman NF，et al.Imaging of urethral disease：a pictorial review.Radiographics，2004，24：195216.

　　5 Karam I，Moudouni S，Droupy S，et al.The structure and innervation of the male urethra：histological and immunohistochemical studies with three-dimensional reconstruction.J Anat，2005，206：395403.

　　6 方驰华，周五一，钟世镇.虚拟人研究现状及展望.中华外科杂志，2004，42：953955.

　　7 徐鹏宇，鲍旭东，张林.正颌外科颅面三维虚拟手术系统的建立.中国医学影像技术，2003，19：17391741.

　　8 宋登浩，耿左军，尹继磊.16层螺旋CT检查成像后处理技术对胸部骨外伤诊断的应用价值.河北医药，2008，30：10131014.